(57)【要約】【課題】気相軸蒸着法を利用して光ファイバー母材及びその製造方法を提供する。【解決手段】光子結晶光ファイバーを含む多孔構造光ファイバー用母材であって、光が通過するコアと、コアを取り囲む多孔構造のクラッドと、多孔構造のクラッドの外側を取り囲み、気相軸蒸着法で形成された最外側のクラッドと、を備える光ファイバー母材である。これにより、多孔構造の最外側のクラッドを気相軸蒸着法を利用して形成することによって、均一で、かつ稠密な高品質の光ファイバー母材を生産できる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が通過するコアと、
前記コアを取り囲む多孔構造のクラッドと、
前記多孔構造のクラッドの外側を取り囲み、気相軸蒸着法で形成された最外側のクラッドと、を備える気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項２】
前記コアは、ＳｉＯ２を主成分とする固形のガラス棒または中空のガラス管であることを特徴とする請求項１に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項３】
前記コアがガラス棒である場合には、ガラス棒の断面は円形または多角形であり、
前記コアがガラス管である場合には、ガラス管の断面は、内部及び外部が何れも円形であるか、または内部は円形であるが、外部は多角形であることを特徴とする請求項２に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項４】
前記ガラス棒は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂから構成される希土類元素や、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから構成される遷移金属元素のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項５】
前記ガラス管は、ガラス管の内部が所定のガスまたは液体で満たされたことを特徴とする請求項２に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項６】
前記ガスまたは液体は、光利得媒質、飽和吸収層またはセンシング目的のガスまたは液体であることを特徴とする請求項５に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項７】
前記多孔構造のクラッドは、複数のガラス管を積層して完成されたことを特徴とする請求項１に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項８】
前記ガラス管の断面は、内部及び外部が何れも円形であるか、または内部は円形であるが、外部は多角形であることを特徴とする請求項７に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材。
【請求項９】
請求項１に記載の光ファイバー母材を利用して製造された光ファイバー。
【請求項１０】
光が通過するコア及び前記コアを取り囲む多孔構造のクラッドを形成する工程と、
前記多孔構造のクラッドの外側に気相軸蒸着法で最外側のクラッドを形成して光ファイバー母材を完成する工程と、を含む気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材の製造方法。
【請求項１１】
前記光ファイバー母材を完成する工程は、
前記コア及び多孔構造のクラッドからなるコア及び多孔構造のクラッド複合体を回転軸に固定させる工程と、
前記複合体の外側に気相軸蒸着法でガラス粉末を蒸着して最外側のクラッドを形成する工程と、
前記光ファイバー母材を脱水及び焼結する工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材の製造方法。
【請求項１２】
前記気相軸蒸着法は、気相軸蒸着用のバーナーを利用し、
前記バーナーに供給されるガスは、Ｈ２、Ｏ２、Ａｒ及びＳｉＣｌ４を含むガスであることを特徴とする請求項１１に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材の製造方法。
【請求項１３】
前記ガラス粉末は、シリカ（ＳｉＯ２）粉末を主成分とすることを特徴とする請求項１１に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材の製造方法。
【請求項１４】
前記脱水工程は、ＦまたはＣｌを利用することを特徴とする請求項１１に記載の気相軸蒸着法を利用した光ファイバー母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーに係り、特に、光ファイバーの母体となる光ファイバー母材、その母材の製造方法及びその母材を利用した光ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーのうち、多孔構造光ファイバーは、クラッド部分に複数の空気孔を有する光ファイバーであって、分散補正光ファイバーをはじめとして非線形光ファイバー素子、光ファイバー格子素子及び光ファイバー増幅器など、その応用範囲が次第に広がっている。
【０００３】
多孔構造光ファイバーのうち、一般的に多く使用されるシリカ光子結晶の光ファイバーは、一定の形状を有する細長いシリカガラス管を溜めた後、これを延伸して管束が一定の厚さを有するようにして、この管束をさらにクラッド用のシリカチューブに入れて最終的な母材を完成した後、光ファイバーを引き出す工程を経て製造する。光子結晶光ファイバーは、多孔構造光ファイバーのうち、一定の光子結晶が形成された光ファイバーを表す。
【０００４】
典型的な光子結晶光ファイバー母材は、コアを形成するコア用のガラス棒またはガラス管、格子構造を形成するクラッド用のガラス管、及び最外側のクラッドを形成するガラス管から構成される。ここで、最外側のクラッドで既製造されたガラス管を使用する場合、前記最外側ガラス管と格子構造を形成するガラス管との間の空気層を補償するために、充填材を挿入して追加的な熱処理工程を経て最終母材を製作する。
【０００５】
図１Ａないし図１Ｃは、従来の多孔構造光ファイバーの製造過程を簡単に示す。
【０００６】
図１Ａに示すように、前記のように、長いシリカガラス管３が中心コア１を取り囲んで平行に積層される。ここで、コア１は、光が通過する所であって、ガラス棒や中空のガラス管などから形成される。コア１を取り囲んだガラス管３が、以後に光子結晶効果を有する多孔構造のクラッド３を形成する。
【０００７】
図１Ｂに示すように、図１で積層されたガラス管３をクラッド用のシリカチューブ９に入れて、空いた空間をガラス粉末やガラス棒などの充填材で満たして、追加的な熱処理工程を経て最終光ファイバー母材を製作する。
【０００８】
図１Ｃは、完成した光ファイバー母材の断面を示す断面図であって、光ファイバー母材は、中心にコア１、その外側に多孔構造のクラッド３及び最外側のクラッド７を備える。多孔構造のクラッド３は、ガラス管で形成されるため、依然として空気孔５が形成されている。したがって、そのような光ファイバー母材を利用して製作された光ファイバーは、多孔構造光ファイバーに属する。
【０００９】
しかし、前記のような方法による光ファイバー母材の製造は、多様な形態の母材製作のために、独立的な最外側のクラッド用のガラス管を別途にそれぞれの形態に合わせて設計及び製作せねばならず、充填材の挿入及び均一化工程が必須的に伴われる。また、このような工程が行われても、充填材の挿入部分が依然として不均一な状態で維持されるという問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が達成しようとする技術的課題は、均一で、かつ稠密な最外側のクラッドを備えた光ファイバー母材及びその母材の製造方法を提供するところにある。
【００１１】
また、本発明が達成しようとする他の技術的課題は、光ファイバー母材の生産工程を単純化することによって、経済的な光ファイバー母材の製造及びその母材を利用した光ファイバーを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光が通過するコアと、前記コアを取り囲む多孔構造のクラッドと、前記多孔構造のクラッドの外側を取り囲み、気相軸蒸着（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＶＡＤ）法で形成された最外側のクラッドと、を備えるＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材を提供する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記コアは、ＳｉＯ２を主成分とする固形のガラス棒または中空のガラス管から形成されうる。ガラス管の形状は、内部及び外部が何れも円形であるか、または内部は円形であるが、外部は六角形などの多角形に形成され、ガラス棒も円形または六角形などの多角形に形成されうる。
【００１４】
また、本発明は、前記光ファイバー母材を利用して製作した光ファイバーを提供する。
【００１５】
前記光ファイバー母材の製作が簡便で、かつ経済的であるため、それにより、本発明に係る光ファイバーもコスト面において安価である。
【００１６】
さらに、本発明は、光が通過するコア及び前記コアを取り囲む多孔構造のクラッドを形成する工程と、前記多孔構造のクラッドの外側にＶＡＤ法で最外側のクラッドを形成して光ファイバー母材を完成する工程と、を含むＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材の製造方法を提供する。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記光ファイバー母材を完成する工程は、前記コア及び多孔構造のクラッドからなるコア及び多孔構造のクラッド複合体を回転軸に固定させる工程と、前記複合体の外側にＶＡＤ法でガラス粉末を蒸着して最外側のクラッドを形成する工程と、前記光ファイバー母材を脱水及び焼結する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光ファイバー母材の製作工程中に、最外側のクラッドをＶＡＤ法を利用して製造することによって、均一で、かつ稠密な高品質の光ファイバー母材を生産できる。
【００１９】
また、本発明による光ファイバー母材の製造方法は、別途の最外側のクラッド用のガラス管及び充填材が使用されず工程が単純化されることによって、経済的な光ファイバー母材の生産及び供給を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で構成要素の一部は、説明の便宜及び明確性のために概略的または誇張されて表現された。図面上で同一符号は、同じ要素を示す。
【００２１】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係るＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材及びその製造方法を簡単に示す断面図である。
【００２２】
図２Ａに示すように、回転軸１３０にコア及び多孔構造のクラッドの複合体１１０が結合されており、多孔構造のクラッド複合体１１０の表面にガラス粉末１７０が溜まっている。このように溜まっているガラス粉末１７０は、一般的なＶＡＤ用のバーナー１５０を利用して多孔構造のクラッドの表面に蒸着される。この時、ガラス粉末１７０は、シリカ（ＳｉＯ２）が一般的であり、必要な場合、他の材質のガラス粉末が使用されうるということは言うまでもない。一方、バーナー１５０の後端には、ガスを供給する供給管１５２が連結されており、その供給管１５２を介して水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、アルゴン（Ａｒ）及び塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）を含むガスなどがバーナー１５０に供給される。
【００２３】
一方、回転軸１３０は、矢印で示したように、回転（円形の矢印）しつつ上部方向（太い矢印）に動くため、最外側のクラッド用のガラス粉末１７０が蒸着された初期光ファイバー母材が引き出される。
【００２４】
図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ部分の断面を示す断面図である。図２Ｂに示すように、多孔構造のクラッド３０の表面にまだ最外側のクラッドが蒸着されていない状態であるため、中央のコア１０及びコア１０の外側に多孔構造のクラッド３０のみが見られる。一方、多孔構造のクラッド３０は、空気孔５０が存在するガラス管からなる。この時、ガラス管の形状は、内部及び外部が何れも円形であるか、または内部は円形であるが、外部は六角形などの多角形に形成され得る。
【００２５】
図２Ｃは、図２ＡのＣ−Ｃ部分の断面を示す断面図である。図２Ｃに示すように、多孔構造のクラッド３０の表面にＶＡＤ法によるガラス粉末が蒸着されて、最外側のクラッド７０が形成されていることが分かる。このように形成された初期光ファイバー母材は、脱水及び焼結過程を経て完全な光ファイバー母材として完成される。
【００２６】
コア１０は、ガラスであってもよく、中心が空気層であるホールであっても良い。一般的にコア１０は、ＳｉＯ２を主成分とする固形のガラス棒または中空のガラス管から形成される。この時、ガラス棒である場合には、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂから構成される希土類元素やＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから構成される遷移金属元素のうち、少なくとも一つを含み得る。また、ガラス管である場合は、ガラス管の内部に所定のガスまたは液体が満たされ得るが、そのガスまたは液体は、光利得媒質、飽和吸収層またはセンシング目的のガスまたは液体などであり得る。
【００２７】
多孔構造のクラッド３０は、一定の内径及び外径を有するガラス管を利用して製造し、ガラス管の厚さ及び空気孔５０の大きさは、目的とする光子結晶効果によって変わる。図２Ｃに提示された多孔構造のクラッド３０は、２層の光子結晶層を有しているが、これは、一つの例示に過ぎず、本発明の範囲は、例示された光子結晶構造に限定されるものではない。
【００２８】
最外側のクラッド７０は、多孔構造のクラッド３０を保護して最終的な光ファイバーを形成する領域であって、ＶＡＤ法が適用されて製造された領域である。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態に係る光ファイバー母材の製造方法の過程を簡単に示すフローチャートである。以下、図２Ａないし図２Ｃを参照して説明する。
【００３０】
まず、ガラス管を積層した後に延伸するか、または類似した方法で一定の厚さ及び断面を有するコア／多孔構造のクラッド複合体１１０を形成する（Ｓ１００）。次いで、形成されたコア／多孔構造のクラッド複合体１１０を母材の中心部となる回転軸１３０に結合及び固定させる（Ｓ２００）。
【００３１】
結合工程後に、通常的なＶＡＤ用のバーナー１５０を利用して、所望の組成のガラス粉末１７０を回転軸に固定された多孔構造のクラッド３０の表面上に上部から蒸着させる（Ｓ３００）。回転軸は、図２Ｂに示す矢印方向に一定の速度で回転しつつ垂直方向に上昇する。この時、バーナー１５０は、光ファイバーの利用目的によって一つまたは二つ以上の使用が可能である。バーナーには、Ｈ２、Ｏ２、Ａｒ及びＳｉＣｌ４のようなガスが供給され、供給されるガスの流量及び回転軸１３０の上昇速度によって蒸着されるガラス粉末の量が調節され、これは、最外側のクラッド７０の厚さを決定する。
【００３２】
最外側のクラッド用のガラス粉末が蒸着された初期光ファイバー母材は、脱水及び焼結工程を経て最終的な光ファイバー母材として完成される（Ｓ４００）。
【００３３】
本発明に実施形態のように、ＶＡＤ法を利用して光ファイバー母材の最外側のクラッドを形成することによって、効率的で、かつ不純物が少なく含まれた高品質の光ファイバー母材を生産できる。すなわち、最外側のクラッド用のガラス管を独立的に製作せずに、クラッド用のガラス管上にＶＡＤ法を利用して直ちにガラス粉末を溜めた後、蒸着及び焼結工程を経て最外側のクラッドを形成することによって、充填材の使用が不要であり、最外側のクラッドの大きさ調節が容易であり、かつ経済的に高品質の光ファイバー母材の生産が可能である。
【００３４】
これまで、本発明を図面に示す実施形態を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の多孔構造光ファイバー用の母材は、クラッド部分に複数の空気孔を有する光ファイバーのための母材であって、分散補正光ファイバーをはじめとして非線形の光ファイバー素子、光ファイバー格子素子及び光ファイバー増幅器など、多様な分野で活用されうる。また、本発明の多孔構造光ファイバー母材の製造方法は、別途の最外側のクラッド用のガラス管及び充填材が使用されず工程を単純化することによって、多様な種類の光ファイバー用母材または光ファイバーを経済的に生産及び供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】従来の光ファイバー母材の製造方法を簡単に示す図面である。
【図１Ｂ】従来の光ファイバー母材の製造方法を簡単に示す図面である。
【図１Ｃ】従来の光ファイバー母材の製造方法を簡単に示す図面である。
【図２Ａ】本発明に係るＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材を概略的に示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明に係るＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材を概略的に示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明に係るＶＡＤ法を利用した光ファイバー母材を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る光ファイバー母材の製造方法を概略的に説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  コア
３０  多孔構造のクラッド
５０  空気孔
７０  最外側のクラッド
１１０  コア／多孔構造のクラッド複合体（母材中心部）
１３０  回転軸
１５０  ＶＡＤ用のガスバーナー
１７０  最外側のクラッド用のガラス粉末
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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